Question

9．水煤氣 （主要成分：CO、H₂ ） 是重要燃料和化工原料，可用水蒸氣通過(guò)熾熱的炭層制得：
C （s）+H₂O（g）?CO （g）+H₂ （g）；△H=+131.3kJ•mol^-1
（1）某溫度下，四個(gè)容器中均進(jìn)行著上述反應(yīng)，各容器中炭足量，其它物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度及正逆反應(yīng)速率關(guān)系如下表所示．請(qǐng)?zhí)顚?xiě)表中相應(yīng)的空格．

容器編號(hào)	c（H2O）/mol•L-1	c（CO）/mol•L-1	c（H2）/mol•L-1	V正、V逆比較
Ⅰ	0.06	0.60	0.10	V正=V逆
Ⅱ	0.06	0.50	0.40	？
Ⅲ	0.12	0.40	0.80	V正＜V逆
Ⅳ	0.12	0.30	？	V正=V逆

（2）另有一個(gè)容積可變的密閉容器．恒溫恒壓下，向其中加入1.0mol炭和 1.0mo l水蒸氣 （H₂¹⁶O），發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，容器的體積變?yōu)樵瓉?lái)的1.25 倍．平衡時(shí)水蒸氣的轉(zhuǎn)化率為25%；向該容器中補(bǔ)充 a mol 炭，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率將不變（填“增大”、“減小”、“不變”），再補(bǔ)充 a mol 水蒸氣 （H₂¹⁸O），最終容器中C¹⁶O和C¹⁸O 的物質(zhì)的量之比為1：a．
（3）己知：C （s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO （g）；△H=-110.5kJ•mo1^-1
 CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂ （g）；△H=-283.0kJ•mo1^-1
 H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═H₂O （g）；△H=-241.8kJ•mo1^-1
那么，將2.4g 炭完全轉(zhuǎn)化為水煤氣，然后再燃燒，整個(gè)過(guò)程△H=-78.7kJ•mo1^-1．

Answer 1

分析 （1）I處于平衡狀態(tài)，根據(jù)K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$計(jì)算平衡常數(shù)，再計(jì)算Ⅱ中濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
Ⅳ也處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算氫氣的濃度；
（2）恒溫恒壓下，向其中加入1.0mol炭和 1.0mo l水蒸氣 （H₂¹⁶O），發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，容器的體積變?yōu)樵瓉?lái)的1.25 倍，平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為1mol×1.25=1.25mol，由方程式可知消耗1mol水蒸氣混合氣體物質(zhì)的量增大1mol，故反應(yīng)的水蒸氣為1.25mol-1mol=0.25mol，進(jìn)而計(jì)算平衡時(shí)水蒸氣的轉(zhuǎn)化率；
向該容器中補(bǔ)充 a mol 炭，平衡不移動(dòng)，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率不變，再補(bǔ)充 a mol 水蒸氣 （H₂¹⁸O），恒溫恒壓下，與原平衡為等效平衡，平衡時(shí)水蒸氣轉(zhuǎn)化率相同，根據(jù)水的轉(zhuǎn)化率計(jì)算生成CO物質(zhì)的量；
（3）計(jì)算2.4gC與水反應(yīng)生成的CO和H₂的物質(zhì)的量，根據(jù)熱化學(xué)方程式，計(jì)算2.4gC生成水煤氣吸收的熱量，CO、氫氣燃燒放出的熱量，進(jìn)而計(jì)算整個(gè)過(guò)程放出的熱量，可得整個(gè)過(guò)程的焓變．

解答 解：（1）Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.6×0.1}{0.06}$=1，
Ⅱ中Qc=$\frac{0.4×0.5}{0.06}$=3.33＞1，則反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，即V_正＜V_逆，
反應(yīng)Ⅳ中V_正=V_逆，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，則有$\frac{0.3×c（{H}_{2}）}{0.12}$=1，解得c（H₂）=0.4mol/L，
故答案為：容器Ⅱ：＞；容器Ⅳ：0.4；
（2）恒溫恒壓下，向其中加入1.0mol炭和 1.0mo l水蒸氣 （H₂¹⁶O），發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，容器的體積變?yōu)樵瓉?lái)的1.25 倍，平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為1mol×1.25=1.25mol，由方程式可知消耗1mol水蒸氣混合氣體物質(zhì)的量增大1mol，故反應(yīng)的水蒸氣為1.25mol-1mol=0.25mol，平衡時(shí)水蒸氣的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%；
增加固體碳，對(duì)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡都沒(méi)有影響，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率不變；
恒溫恒壓下，再補(bǔ)充 a mol 水蒸氣 （H₂¹⁸O），平衡狀態(tài)不變，為等效平衡，水的轉(zhuǎn)化率相等，則有生成的C¹⁸O 的物質(zhì)的量為a×25%=0.25a，原平衡時(shí)生成的C¹⁶O為0.25mol，則C¹⁶O和C¹⁸O 的物質(zhì)的量之比為0.25：0.25a=1：a，
故答案為：25%；不變；1：a；
（3）n（C）=$\frac{2.4g}{12g/mol}$=0.2mol，與水反應(yīng)生成0.2molCO和0.2molH₂，反應(yīng)吸收的熱量為0.2mol×131.3KJ/mol=26.26KJ，
0.2molCO完全燃燒放出的熱量為0.2mol×283KJ/mol=56.6KJ，
0.2molH₂完全燃燒放出的熱量為0.2mol×241.8KJ/mol=48.36KJ，
所以將2.4g 炭完全轉(zhuǎn)化為水煤氣，然后再燃燒，整個(gè)過(guò)程放出的熱量為56.6KJ+48.36KJ-26.26KJ=78.7KJ，
故整個(gè)過(guò)程△H=-78.7kJ•mol^-1，
故答案為：-78.7．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)應(yīng)用、反應(yīng)熱計(jì)算等，難度中等．